• Geomechanics and Engineering
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• 제14권6호
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• pp.581-588
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• 2018

In order to explore the comprehensive evaluation means of the extent of hydraulic fracturing region in coal seams, we analyzed the feasibility of detecting the response of coal rock direct current (DC) apparent resistivity to hydraulic-fracturing using Archie's theory, and conducted experimental researches on the response of DC resistivity in the hydraulic fracturing process using small-scale coal rock samples. The results show that porosity and water saturation are the two factors affecting the apparent resistivity of coal rock while hydraulic fracturing. Water has a dominant effect on the apparent resistivity of coal rock samples. The apparent resistivity in the area where water flows through is reduced more than 50%, which can be considered as a core affect region of hydraulic fracturing. Stress indirectly impacts the apparent resistivity by changing porosity. Before hydraulic fracturing, the greater axial load applied, the more serious the rupture in the samples, resulting in the greater apparent resistivity. Apparent resistivity testing is a potential regional method to evaluate the influence range of hydraulic fracturing in coal seams.

• 한국가스학회지
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• 제25권1호
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• pp.20-29
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• 2021

투과성이 낮은 셰일층에서의 다단계 수압파쇄 시, 파쇄단계 간의 서로 근접한 균열로 인해 지층 간 응력간섭이 발생하는 '응력그림자효과'가 나타날 수 있다. 이로 인해 균열의 전파 방향성이 변화하거나 비정형적인 형태의 균열이 발생하게 된다. 본 연구에서는 응력그림자효과의 영향에 따른 수압파쇄 균열형태와 생산성을 분석하고자 상용 수압파쇄 시뮬레이터 full-3D모델인 'GOHFER'를 사용하였다. 균질한 저류층 모델에서 응력그림자효과 고려 유무에 따른 분석을 수행하였다. 또한 지력학적 물성이 다른 두 셰일층에서 수압파쇄 모델링을 수행하여 영률과 포아송비에 따른 응력그림자효과를 분석하였다. 선행 파쇄단계의 균열로 인한 응력변화는 최대/최소 주응력을 역전시켜 T-방향보다는 생산성이 미비한 L-방향 균열이 주로 형성되었다. 또한 Marcellus 셰일의 경우 연성 특성을 갖는 Eagle Ford 셰일에 비해 높은 취성으로 인해 균열의 폭이 더 두껍게 형성되어 균열 체적이 더욱 크게 산출되었다. Marcellus 셰일지층의 영률이 Eagle Ford 셰일에 비해 크게 낮기 때문에 stage 2에서 응력그림자효과의 영향을 적게 받는 것을 확인할 수 있었다. 이처럼 응력그림자효과는 균열 간의 간격 뿐만 아니라 지력학적 물성에 따라서도 크게 달라진다. 그러므로 좀 더 정확한 균열 형태와 현실성 있는 생산성 예측하기 위해 응력그림자효과는 고려되어야 한다.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2003년도 Proceedings of the international symposium on the fusion technology
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• pp.244-251
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• 2003

A two-dimensional BEM code, $FRACOD^{2D}$, was applied to simulate fracture initiation and propagation processes in a rock pillar during an in situ heater test of a rock pillar planned at the $\"{A}sp\"{o}$ Underground Rock laboratory of SKB, in Southern Sweden. To take the advantage of conventional BEM for simulating fracturing processes, but without efforts for domain integral transformation, a hybrid approach is developed to simulate the fracturing processes in rock pillar under coupled thermo-mechanical loading. The code FRACOD was used for simulating the fracture initiation and propagation processes with its boundary tractions reflecting the effects of the initial and redistributed thermomechanical stresses in the domain of interest at multiple excavation and heating steps were produced by a special algorithm of stress inversion, based on resultant thermo-mechanical stress fields at each excavation and heat loading step by a FEM code without considering fracturing processes. This hybrid approach can take the advantages of both types of numerical methods and avoids their shortcomings for fracturing process simulation and domain effects, respectively. In this paper, we present the hybrid approach for the stress, displacements, and fracturing processes at sequential excavation and heating steps of the in situ heater test as a predictive modelling, the formulation of the fracturing models and the predictive results. Two sections of borehole depth, 0.5 m and 1.5 m below the tunnel floor are considered. The pillar area is modelled with the FRACOD and the stress field produced by excavation and heating is transferred with corresponding boundary stresses. From the modelling results, the degree of fracturing and damage are evaluated for 120 days of heating. Dominated shear fracturing in the vicinity of the central pillar was observed from the models at both sections, but spalled area appears to be limited. Based on the modelling results, a sensitivity study for the effect of pre-existing fractures in the vicinity of the holes is also conducted, and the initiation and evolution of EDZ around the deposition holes are investigated using this particular numerical technique.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권1호
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• pp.35-47
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• 2018

This paper investigates the mechanisms of tunnel spalling and massive tunnel failures using fracture mechanics principles. The study starts with examining the fracture propagation due to tensile and shear failure mechanisms. It was found that, fundamentally, in rock masses with high compressive stresses, tensile fracture propagation is often a stable process which leads to a gradual failure. Shear fracture propagation tends to be an unstable process. Several real case observations of spalling failures and massive shear failures in boreholes, tunnels and underground roadways are shown in the paper. A number of numerical models were used to investigate the fracture mechanisms and extents in the roof/wall of a deep tunnel and in an underground coal mine roadway. The modelling was done using a unique fracture mechanics code FRACOD which simulates explicitly the fracture initiation and propagation process. The study has demonstrated that both tensile and shear fracturing may occur in the vicinity of an underground opening. Shallow spalling in the tunnel wall is believed to be caused by tensile fracturing from extensional strain although no tensile stress exists there. Massive large scale failure however is most likely to be caused by shear fracturing under high compressive stresses. The observation that tunnel spalling often starts when the hoop stress reaches $0.4^*UCS$ has been explained in this paper by using the extension strain criterion. At this uniaxial compressive stress level, the lateral extensional strain is equivalent to the critical strain under uniaxial tension. Scale effect on UCS commonly believed by many is unlikely the dominant factor in this phenomenon.

• 터널과지하공간
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• 제23권5호
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• pp.362-371
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• 2013

수압파쇄법으로 최대수평주응력 크기 규명에 필요한 요소 중 하나인 암반의 인장강도를 측정하는 방법에 대해 연구하였다. 석모도 시추공에서 회수한 화강암 시료에 대해 두 가지 실내시험(중공원통 인장시험 및 압열인장시험)으로 인장강도를 측정하고 두 결과가 차이를 보이는지 비교하였다. 중공원통 인장시험에서는 높은 수압증가율 상태에서 더 높은 인장강도를 보여, 현장의 수압파쇄시험에서 보인 수압 증가율 상태에서 측정된 인장강도나 그 증가율로 보정된 인장강도를 이용해야한다는 점을 보였다. 인장강도에 대한 수압 증가율 효과와 크기효과를 보정하면 중공원통 인장시험 결과는 압열인장시험 결과와 유사하게 나타났으며 이는 수압파쇄 인장강도를 위해 압열인장강도를 이용할 수도 있다는 점을 시사한다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2003년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.47-50
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• 2003

We carried out rock pneumatic fracturing test which to increase groundwater yield by injection of highly pressured air in artificially under the surface every four borehole. The result of test performing shows that effect of increasing groundwater was not found in three testhole around igneous and metamorphic formation area, but we can realized that about 15 percent increased wateryield appeared in number P-5 test hole at sedimmentary rock formation.

• 화약ㆍ발파
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• 제42권3호
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• pp.49-57
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• 2024

선행이완발파는 본 굴착 전에 대상 암반에 균열을 유도하는 발파이고, 선행이완발파의 일종으로 터널내 기계굴착을 위해 막장을 사전 취약화하는 프리프랙쳐링발파가 개발되었다. 본 연구는 일반 발파 설계의 절반의 장약을 이용하여 프리프랙쳐링발파의 효과를 검증하고자 하였다. 가평에 위치한 채석장에서 시험 시공한 결과, 일반 발파에 비해 소음이 공당 장약량 감소로 인해 2.7 dB 줄어들었고 정밀진동제어발파 수준으로 진동이 제어되었다. 암반 취약화는 표면 및 코어 관찰에서 유도된 균열을 통해 확인되었으며, 저항선 증가에 따라 발파에 의한 취약화 효과가 감소함을 관찰하였다. 시험 시공에서 일반 발파의 진동이 프리프랙쳐링발파보다 작게 측정되었으나, 장약량, 저항선, 자유면 등의 발파 설계 요인보다 절리와 같은 지반 조건이 진동 저감에 더 큰 영향을 미쳤기 때문으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제5권4호
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• pp.349-360
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• 2003

본 연구에서는 절리를 포함한 터널주변 암반의 안전성 강화 및 지하수 유입 억제공으로 사용되는 침투그라우팅에 대한 모형화 기법을 제시하고 관련 매개변수 해석을 실시하였다. Bingham 모형을 적용한 시멘트 그라우팅재는 정상류 흐름으로 가정하여 해석의 편의를 도모하였으며 UDEC을 이용한 해석결과, 절리의 두께 및 주입압이 침투그라우팅에 의한 확산범위를 결정짓는 주요 변수임을 확인하였다. 침투그라우팅 모형을 근간으로 할렬그라우팅 해석을 위한 수치모형을 제안하였으며 암반의 인장강도와 점착력이 할렬의 주요변수임을 입증하였다. 한편, 주입후 지반보강효과를 정량적으로 검토하기 위하여 직교 이방성 물성을 계산할 수 있는 알고리즘을 제시하였으며 이 결과 주입후 약 3~4배 정도의 강성도 증진효과를 확인하였다. 향후 본 연구결과는 그라우팅재 주입에 의한 투수계수 저감효과 혹은 지하수 억제공법 등의 설계기법에 적용될 수 있으며 관련 실험도 수행될 예정이다.

• 터널과지하공간
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• 제4권1호
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• pp.55-62
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• 1994

The hydraulic fracturing in a field site was performed for the measurement of in-situ stresses. For the estimation of the effect of a preexisting inclined fracture, the test on a preexisting fracture zone was also conducted. From the measurements at three shallow depths, the ratios of max. to min. horizontal stress showed the range of 1.19-1.56 and the K values showed the range of 2.62-3.86. In case of a preexisting fracture with the inclination of 15 degrees, the stresses calculated as upper bound values by considering it. It seemed from this that the inclination less than 15 degrees had small effect on the stress calculation.

• Computers and Concrete
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• 제27권4호
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• pp.297-304
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• 2021

The hybrid Finite-Discrete Element (FDEM) approach combines aspects of both finite elements and discrete elements with fracture mechanics principles, and therefore it is well suited for realistic simulation of quasi-brittle materials. Notwithstanding, in the literature its application for the analysis of concrete is rather limited. In this paper, the proprietary FDEM code ELFEN is used to model concrete specimens under uniaxial compression and indirect tension (Brazilian tests) of different sizes. The results show that phenomena such as size effect and influence of strain-rate are captured using this modeling technique. In addition, a preliminary model of a slab subjected to dynamic shear punching due to progressive collapse is presented. The resulting fracturing pattern of the impacted slab is similar to observations from actual collapse.